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Transport de charge dans les réseaux ordonnés de MWCNT

Présentation

Au contraire des nano-objets individuels, dans ces réseaux, les barrières inter-tubes ainsi que les défauts jouent un rôle essentiel dans les propriétés de transport électrique des réseaux de nanotubes de carbone. Par suite, différents phénomènes de transport peuvent être observés dans ces réseaux de nanotubes : conductivité métallique, conduction par saut à distance variable (VRH), localisation faible (WL), effet tunnel induit par les fluctuations de potentiel,... ainsi que la combinaison de ces mécanismes.

Dans des couches minces de MWCNT la variation de la résistance en fonction de la température est négative dans toute la gamme de températures étudiées [4-300 K]. Dans la gamme [4-60 K], la résistance suit une loi de Mott décrivant une conduction par saut à distance variable (VRH) à deux dimensions [1] : R=R _0 exp(T/{T_0})^{1/3}. La Fig. 1 montre la magnétorésistance  \Delta R/{R_0} en fonction du champ magnétique B, à différentes températures, dans la gamme où le VRH est observée. La position du minimum de la magnétorésistance négative (NMR) se déplace vers les forts champs au fur et à mesure que la température augmente. Il est connu que pour les systèmes présentant des phénomènes de conduction par saut, la magnétorésistance est la somme d’une composante négative à faible champ, où ce champ magnétique induit un déphasage entre les différents chemins de percolation, lequel diminue les interférences quantiques destructives (interférences quantiques) [2, 3] et d’une composante positive (PMR) due au rétrécissement des fonctions d’onde des électrons induit par un fort champ ; ie MR=NMR+PMR. Dans ce modèle, l’amplitude de la NMR diminue quand la température augmente. Mais pour nos échantillons, a contrario, l’amplitude de la NMR augmente quand la température augmente, dans la gamme de température où les mécanismes de transport sont dominés par le VRH. Par ailleurs, la présence d’une NMR est inhérente aux systèmes pour lesquels la conductivité peut être décrite en termes de localisation faible (WL) [4]. Ainsi, nous supposons que les données de MR sont la somme d’une contribution négative et positive dues aux effets de MR en régimes de VRH et de WL, respectivement. La partie fort champ de la PMR suit le modèle de Kamimura décrivant la conduction par VRH dépendant du spin (en raison des défauts en surface sur les NT) [5] et nous permet ainsi de calculer la PMR dans la région des champs faibles en utilisant les valeurs des paramètres obtenus de l’approximation de la PMR expérimentale à fort champ (Fig.2). Par suite la NMR est déduite par soustraction de la PMR calculée aux valeurs expérimentales (Fig. 3). Ces données peuvent être raisonnablement approximées par l’équation décrivant la WL à 2D.

En conclusion, cette étude démontre le rôle des défauts en surface des NT par le biais de leur spin.

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Fig. 1 magnétorésistance relative dans la gamme de températures où le 2D VRH est observé
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Fig.2 modèle de Kamimura pour la PMR
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Fig.3 NMR obtenue par soustraction de la PMR calculée des résultas expériementaux. Les courbes obtenues suivent le modèle deu VRH à 2D

Références :

[1] Shklovskii B.I., Efros A.L. « Electronic properties of doped semiconductors » in Springer series in Solid-State Sciences, Cardona M. ed., Springer Verlag, Berlin 1984

[2]Nguyen V.L., Spivak B.A., Shklovskii B.I. Sov. Phys. JETP 62, 1021 (1986)

[3]Sivan U., Entin-Wohlman O., Imry Y. Phys. Rev. Lett. 60, 1566 (1989)

[4]Lee P., Ramakrishnan T.V. Rev. Modern Phys. 57, 287 (1985)

[5]Kamimura H. « Electron-electron interactions in disordered systems » in Modern problems in condensed matter sciences Chap. 7, Vol. 10, Efros A.L.& Pollak M. ed., North Holland 1985